Acculadercircuit met vaste weerstanden

Dit universele automatische acculaadcircuit is uiterst veelzijdig met zijn werking en kan worden aangepast voor alle soorten acculading en zelfs voor toepassing op zonne-energie.

Universele acculader Belangrijkste kenmerken

Een universeel batterijopladercircuit moet de volgende hoofdkenmerken hebben:

1) Automatische uitschakeling van het volledig opladen van de batterij , en automatisch lage batterij laadinitialisatie, met bijbehorende LED-indicatorwaarschuwingen.

2) Aanpasbaar aan alle soorten acculaden

3) Aanpasbaar aan elke gegeven spanning en AH-batterij.

4) Stroomgeregelde uitgang

5) Stap opladen 3 of 4 stappen (optioneel)

Van de bovenstaande 5 functies zijn de eerste 3 cruciaal en worden ze de verplichte functies voor elk universeel acculadercircuit.

Naast deze eigenschappen moet een automatische batterijlader echter ook extreem compact, goedkoop en gemakkelijk te bedienen zijn, anders zou het ontwerp vrij nutteloos kunnen zijn voor mensen met minder technische kennis, waardoor de 'universele' tag teniet wordt gedaan.

Ik heb op deze website al veel verschillende schakelingen voor batterijladers besproken, die de meeste opvallende kenmerken bevatten die mogelijk nodig zijn om een ​​batterij optimaal en veilig op te laden.

Veel van deze batterijoplaadcircuits gebruikten omwille van de eenvoud een enkele opamp en gebruikten een hysterese-optie voor het implementeren van een automatisch herstelproces voor het opladen van een lage batterij.

Met een automatische acculader die hysterese in opamp gebruikt, wordt het aanpassen van de feedback-preset of variabele weerstand echter een cruciale procedure en een beetje gecompliceerde aangelegenheid, vooral voor de nieuwkomers ... aangezien het een meedogenloos proces van vallen en opstaan ​​vereist totdat de juiste instelling is voltooid.

Bovendien wordt het instellen van de uitschakeling bij overladen ook een vervelend proces voor elke nieuwkomer die misschien probeert om de resultaten snel te bereiken met zijn batterijladercircuit.

Vaste weerstanden gebruiken in plaats van potten of voorinstellingen

Het huidige artikel richt zich specifiek op het bovenstaande probleem en vervangt de potten en presets door vaste weerstanden om de tijdrovende aanpassingen te elimineren en een probleemloos ontwerp voor de eindgebruiker of constructeur te garanderen.

Ik heb al een eerder artikel besproken waarin hysterese in opamps uitgebreid werd uitgelegd, we gaan hetzelfde concept en dezelfde formules gebruiken voor het ontwerpen van het voorgestelde universele batterijopladercircuit dat hopelijk alle verwarring zal oplossen met betrekking tot het bouwen van een aangepast batterijopladercircuit voor elke unieke batterij.

Voordat we verder gaan met een voorbeeld van een circuituitleg, zou het belangrijk zijn om dit te begrijpen waarom hysterese vereist is voor ons acculadercircuit?

Het is omdat we geïnteresseerd zijn om een ​​enkele opamp te gebruiken en deze te gebruiken voor het detecteren van zowel de onderste ontlaaddrempel van de batterij als de bovenste drempel voor volledige lading.

Belang van het toevoegen van een hysterese

Normaal gesproken kan een opamp zonder hysterese niet worden ingesteld om te worden geactiveerd bij twee verschillende drempels die vrij ver uit elkaar kunnen liggen, daarom gebruiken we hysterese om de mogelijkheid te krijgen om een ​​enkele opamp te gebruiken met een dubbele detectiefunctie.

Terugkomend op ons hoofdonderwerp met betrekking tot het ontwerpen van een universeel acculadercircuit met hysterese, laten we eens kijken hoe we de vaste weerstanden kunnen berekenen, zodat de complexe Hi / Lo afgesneden instellingsprocedures met variabele weerstanden of voorinstellingen kunnen worden geëlimineerd.

Om de basisbewerkingen van hysterese en de bijbehorende formule te begrijpen, moeten we eerst de volgende illustratie raadplegen:

In de bovenstaande voorbeeldillustraties kunnen we duidelijk zien hoe de hystereseweerstand Rh wordt berekend ten opzichte van de andere twee referentieweerstanden Rx en Ry.

Laten we nu proberen het bovenstaande concept te implementeren in een echt batterijladercircuit en kijken hoe de relevante parameters kunnen worden berekend om de uiteindelijke geoptimaliseerde uitvoer te krijgen. We nemen het volgende voorbeeld van een 6V acculader circuit

In dit solid-state laderschema, zodra pin # 2 spanning hoger wordt pin # 3 referentiespanning, gaat de output pin # 6 laag, waardoor de TIP122 wordt uitgeschakeld en de batterij wordt opgeladen. Omgekeerd, zolang pin # 2 potentiaal onder pin # 3 blijft, houdt de output van de opamp de TIP122 ingeschakeld en blijft de batterij opladen.

De formules implementeren in een praktisch voorbeeld

Uit de formules die in de vorige sectie zijn uitgedrukt, kunnen we een aantal cruciale parameters zien waarmee rekening moet worden gehouden bij de implementatie ervan in een praktisch circuit, zoals hieronder weergegeven:

1) De referentiespanning die wordt toegepast op Rx en de voedingsspanning van de opamp Vcc moeten gelijk en constant zijn.

2) De geselecteerde bovenste drempelwaarde voor het uitschakelen van de batterij volledig opgeladen en de onderste drempelwaarde voor de schakelaar ON voor de batterijontlading moeten lager zijn dan de Vcc en de referentiespanningen.

Dit ziet er een beetje lastig uit omdat de voedingsspanning Vcc over het algemeen verbonden is met de batterij en daarom niet constant kan zijn, en ook niet lager kan zijn dan de referentie.

Hoe dan ook, om het probleem aan te pakken, zorgen we ervoor dat de Vcc wordt vastgeklemd met het referentieniveau en dat de batterijspanning die moet worden gedetecteerd, wordt verlaagd tot een 50% lagere waarde met behulp van een potentieel verdeelnetwerk, zodat deze lager wordt dan de Vcc, zoals weergegeven in het bovenstaande diagram.

De weerstand Ra en Rb verlagen de batterijspanning naar een evenredige 50% lagere waarde, terwijl de 4.7V zener de vaste referentiespanning voor Rx / Ry en de Vcc-pin # 4 van de opamp instelt. Nu lijken de dingen klaar voor de berekeningen.

Dus laten we de hysterese toepassen formules naar deze 6V-oplader en kijk hoe het werkt voor dit voorbeeldcircuit:

In het hierboven genoemde 6V-circuit hebben we de volgende gegevens bij de hand:

Op te laden batterij is 6V

Bovenste afsnijpunt is 7V

Onderste herstelpunt is 5,5 V.

Vcc en referentiespanning is ingesteld op 4.7V (met 4.7V zener)

We selecteren Ra, Rb als 100k-weerstanden om het 6V-batterijpotentieel te verminderen tot 50% minder waarde, daarom wordt het bovenste uitschakelpunt 7V nu 3,5V (VH) en de onderste 5,5V wordt 2,75V (VL)

Nu moeten we de waarden van de hystereseweerstand achterhalen Rh rekeninghoudend met Rx en Ry ​

Volgens de formule:

Rh / Rx = VL / VH - VL = 2,75 / 3,5 - 2,75 = 3,66 --------- 1)

∴ Rh / Rx = 3,66

Ry / Rx = VL / Vcc - VH = 2,75 / 4,7 - 3,5 = 2,29 ---------- 2)

∴ Ry / Rx = 2,29

Van 1) hebben we Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Laten we nemen Rx = 100 K. ​

Andere waarden zoals 10K, 4k7 of wat dan ook zouden kunnen doen, maar 100K is een standaardwaarde en hoog genoeg om het verbruik lager te houden, wordt geschikter.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366 K.

Als we deze waarde van Rx in 2) vervangen, krijgen we

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2,29 Rx = 2,29 x 100 = 229 K.

∴ Ry = 229K

De bovenstaande resultaten kunnen ook worden bereikt met behulp van een hysterese-calculator-software, gewoon door op een paar knoppen te klikken

Dat is alles, met de bovenstaande berekeningen hebben we met succes de nauwkeurige vaste waarden van de verschillende weerstanden bepaald, die ervoor zorgen dat de aangesloten 6V-batterij automatisch wordt uitgeschakeld bij 7V en opnieuw begint met opladen zodra de spanning onder de 5,5V daalt.

Voor batterijen met hogere spanning

Voor hogere spanningen, zoals voor het bereiken van een 12V, 24V, 48V universeel batterijcircuit, kan het hierboven besproken ontwerp eenvoudig worden gewijzigd zoals hieronder aangegeven, door de LM317-trap te elimineren.

De berekeningsprocedures zullen exact hetzelfde zijn als in de vorige paragraaf.

Voor het opladen van batterijen met hoge stroomsterkte moeten de TIP122 en de diode 1N5408 mogelijk worden geüpgraded met apparaten met een proportioneel hogere stroomsterkte, en de 4.7V zener wijzigen in een waarde die hoger kan zijn dan 50% van de batterijspanning.

De groene LED geeft de laadstatus van de batterij aan, terwijl de rode LED ons laat weten wanneer de batterij volledig is opgeladen.

Dit besluit het artikel, waarin duidelijk wordt uitgelegd hoe je een eenvoudig maar universeel toepasbaar acculadercircuit kunt maken met behulp van vaste weerstanden om extreme nauwkeurigheid en onfeilbare afsnijdingen over de ingestelde drempelpunten te garanderen, wat op zijn beurt zorgt voor perfect en veilig opladen van de aangesloten accu.